JPH10227971A - 焦点位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が単純で精度劣化が起きにくく、安価に
製作可能な焦点位置検出装置を提供する。 【解決手段】 対物レンズの結像面２の共役位置にある
予定焦点面４の近傍に設置された受光素子８は、その表
面８Ｓと予定焦点面４とが交差するように予定焦点面４
に対して所定角度θ傾けて配設される。受光素子８の表
面８Ｓと予定焦点面４との交線Ｃに関して互いに対称な
位置に配された受光素子上の複数のＣＣＤアレイは、受
光素子８の傾斜によって予定焦点面４に対してそれぞれ
前側、後側に光軸方向のずれを生ずる。制御回路９は、
このずれをもとにこれら複数のＣＣＤアレイで検出され
る信号から求められるコントラスト差を求め、その結果
をもとに対物レンズ１を光軸方向に駆動し、焦点調節を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焦点位置検出装置
に関するもので、特に顕微鏡、スチルカメラ、ビデオカ
メラ等のオートフォーカス装置に適用して好適な焦点位
置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術に係る焦点位置検出装置につ
いて図１１を参照して説明する。図１１は顕微鏡やスチ
ルカメラ等に組み込まれた焦点位置検出装置の概略の構
成を示す図であり、不図示の遠方物体からの光が対物レ
ンズ１によって撮像面２に形成される像の一部を、ハー
フミラー３により撮像面２の共役面上にある予定焦点面
４の上に導き、この予定焦点面４に形成される像５から
の光を再結像光学系４５、ビームスプリッタ４６によっ
て像４７ａおよび４７ｂとして形成し、これらの像４７
ａおよび４７ｂのコントラスト値をセンサ４８と制御回
路９とで検出、比較することにより焦点の位置ずれ方向
を検出するものである。

【０００３】ビームスプリッタ４６により分割された光
束は異なる光路長Ｌ１、Ｌ２を経てセンサ４８の受光面
４８ａおよび４８ｂに到達するため、このセンサ４８の
受光面４８ａおよび４８ｂに形成される像から検出され
るコントラストに差を生ずる。そしてセンサ４８の受光
面４８ａあるいは４８ｂにおいて、よりシャープな像を
結ぶ側の受光面で検出されるコントラスト値が高くなる
ので、検出されたコントラスト値の比較結果に基づいて
焦点位置ずれの方向を制御装置９により判定し、撮像面
２と対物レンズ１の結像面とが一致するように対物レン
ズ１を光軸方向（図１１のＺ方向）に前後させる。そし
てこれら受光面４８ａおよび４８ｂで検出される信号か
ら求められるコントラスト値が一致するとき、撮像２と
対物レンズ１の結像面とが一致、すなわち合焦状態とな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の焦点
位置検出装置では、予定焦点面４上に形成される像から
の光を再結像するための再結像光学系４５、そして再結
像光学系４５からの光束を分割するためのビームスプリ
ッタ４６などの、比較的高価な光学部品を用いる必要が
あり、同時にこれらの光学部品を配設するための空間を
必要とし、装置の大型化を余儀なくされていた。また、
焦点位置検出精度を高精度に維持するために、精密な位
置調整を必要としていた。さらに、温度変化等によって
これらの光学部品を保持する枠体が熱膨張することによ
り、像面２とセンサ４８の受光面４８ａおよび４８ｂと
の共役性が保たれなくなって必要とする焦点位置検出精
度が得られないことがあった。

【０００５】本発明の目的は、安価で設置スペースをと
らず、構成が簡単で精度の狂いにくい焦点位置検出装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１） 一実施の形態を示す図１および図３に対応づけ
て説明すると、請求項１に記載の発明は、物体からの光
を集光して所定像面２に像を形成する対物光学系１と；
所定像面２の光学的共役位置にある予定焦点面４の近傍
に配され、対物光学系１により形成された像５を検出す
るための光電検出手段８とを具備し、光電検出手段８の
所定面８Ｓを予定焦点面４と交差するように所定角度θ
傾斜して配設し、予定焦点面４と所定面８Ｓとの交線Ｃ
に関して互いに対称の位置に配設された所定面８Ｓの上
の複数の受光領域８ａおよび８ｂで検出された信号に基
づき、予定焦点面４と対物光学系１による像５の結像位
置との位置ずれを検出することにより上述の目的を達成
する。 （２） 一実施の形態を示す図４および図６に対応づけ
て説明すると、請求項２に記載の発明は、予定焦点面４
と所定面８０Ｓとの交線Ｃに関して互いに対称の位置に
ある所定面の上の複数の受光領域８０ａおよび８０ｂで
検出された信号に加え、予定焦点面と所定面との交線Ｃ
の近傍の受光領域８０ｃで検出された信号に基づき、予
定焦点面４と前記対物光学系の結像位置との位置ずれを
検出するものである （３） 一実施の形態を示す図４〜図６に対応づけて説
明すると、請求項３に記載の発明は、予定焦点面４に対
する所定面８０Ｓの傾き角度θを、対物光学系１１〜１
２の焦点深度に応じて可変に設定可能な可変傾斜手段２
３０をさらに有するものである。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【０００８】

【発明の実施の形態】

−第１の実施の形態− 図１〜図３を参照し、本発明の第１の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る焦
点位置検出装置の構成を示す概念図であり、８が焦点位
置検出用の受光素子である。図２（ａ）〜（ｃ）は受光
素子８付近の拡大図、図３は受光素子８の図２（ａ）に
おけるＩＩＩ方向矢視図であり、受光素子８の表面８Ｓ
上に距離ｄｙをおいて配設された２列のＣＣＤアレイ８
ａおよび８ｂによって受光素子８が構成されている様子
を示す。なお、図１において、従来の技術に係る焦点位
置検出装置を示す図１１と同様の部分には同じ番号を付
し、その説明を省略する。

【０００９】図１において、図１１に示す従来の技術に
係る焦点位置検出装置との相違点は、図１１の再結像光
学系４５およびビームスプリッタ４６をなくし、予定焦
点面４の上に受光素子８が角度θ傾斜して設けられてい
る点である。そして、予定焦点面４と受光素子８の表面
８Ｓとの交線Ｃ（図１においては、交線Ｃは紙面直角方
向に延在しているため、点として表されている。）に関
して互いに対称の位置にＣＣＤアレイ８ａおよび８ｂが
配設されている。これにより、図２（ａ）に示すように
予定焦点面４を基準として光軸方向の前側、後側でそれ
ぞれ等距離にＣＣＤアレイ８ａおよび８ｂは位置してい
る。そしてこれらＣＣＤアレイ８ａおよび８ｂは、図３
に示すように受光素子８の傾斜方向に対して直角方向に
その素子が配列されている。以上のような構成により、
従来の技術に係る焦点位置検出装置において、ビームス
プリッタ４６によって設定していた対物レンズ１から受
光素子８までの光路長差を受光素子８の傾斜により設定
している。この光路長差によってＣＣＤアレイ８ａおよ
び８ｂから検出されるそれぞれの信号から求められるコ
ントラスト値の差をもとに制御回路９は前ピン、合焦、
後ピンの判定をし、その判定結果に基づいて対物レンズ
１をその光軸方向（図１のＺ方向）に駆動して合焦動作
を行う。

【００１０】この受光素子８を用いてどのように焦点検
出をするかについて説明する。例えば図２（ａ）のよう
に像５が予定焦点面４上に結像される状態にあるとき、
すなわち合焦状態にあるとき、ＣＣＤアレイ８ａおよび
８ｂに形成される像はそれぞれ後ピン側、前ピン側にδ
／２ずつ焦点ずれを生じた状態となる。これらＣＣＤア
レイ８ａおよび８ｂで検出される信号から求められるコ
ントラスト値は、結像面とＣＣＤアレイの受光面とのず
れ量が大きくなるにつれて低下する。従って図２（ａ）
に示す場合においてはＣＣＤアレイ８ａおよび８ｂのい
ずれもが同じずれ量となっているため、ほぼ同じコント
ラスト値が検出される。言い換えれば対物レンズ１の焦
点調節動作をしながらＣＣＤアレイ８ａおよび８ｂで得
られるコントラスト値を比較し、同じ値となるように対
物レンズ１を図１のＺ方向に駆動することにより、焦点
調節動作がなされる。

【００１１】像５が図２（ｂ）に示すように予定焦点面
４に対して後ピン側にδ／２ずれた位置に結像する状態
にあるとき、図２（ａ）に示す状態と比べてＣＣＤアレ
イ８ａ上に形成される像の焦点ずれ量は増し、ＣＣＤア
レイ８ｂ上に形成される像の焦点ずれ量は減少する。こ
れによりＣＣＤアレイ８ａで検出される信号から求めら
れるコントラスト値は減少する一方、ＣＣＤアレイ８ｂ
で検出される信号から求められるコントラスト値は増加
する。そして図１の制御装置９はＣＣＤアレイ８ｂで検
出される信号から求められるコントラスト値の方が大き
いことを検出することにより対物レンズ１は合焦位置に
なく、かつ後ピン方向にずれていると判定する。制御装
置９は、この判定結果に基づき対物レンズ１を繰り出す
方向に駆動する。

【００１２】逆に、像５が図２（ｃ）に示すように予定
焦点面４に対して前ピン側にδ／２ずれた位置に結像す
る状態にあるときには、ＣＣＤアレイ８ａで検出される
信号から求められるコントラスト値は増加する一方、Ｃ
ＣＤアレイ８ｂで検出される信号から求められるコント
ラスト値は減少する。そして図１の制御装置９はＣＣＤ
アレイ８ａで検出される信号から求められるコントラス
ト値の方が大きいことを検出することにより、対物レン
ズ１は合焦位置になく、かつ前ピン方向にずれていると
判定する。制御装置９は、この判定結果に基づき対物レ
ンズ１を繰り込む方向に駆動する。

【００１３】以上のように本発明の第１の実施の形態に
係る焦点位置検出装置は、受光素子８を角度θ傾斜させ
て設置することによりそれぞれのＣＣＤアレイ８ａ、８
ｂで検出される信号から求められるコントラスト値に差
が生じ、この差を比較することにより対物レンズ１の前
ピン、合焦、後ピンを判定することができるものである
が、ここで図２（ａ）に示すＣＣＤアレイ８ａと８ｂと
のずらし量δ、について説明する。ずらし量δはＣＣＤ
アレイ８ａおよび８ｂのアレイ間ピッチｄｙと受光素子
８の傾斜角θとに依存し、以下の式で表される。

【数１】δ＝ｄｙ・ｓｉｎθ

【００１４】そして、ずらし量δはＣＣＤアレイ８ａお
よび８ｂで検出される信号から求められるコントラスト
値の差によって、対物レンズ１が合焦位置あるいは非合
焦位置にあることを検出可能な程度に大きくされ、対物
レンズ１の焦点深度をεとしたときに以下の関係を満足
するように設定するのが望ましい。

【数２】２≦（δ／ε）

【００１５】すなわち、ずらし量δをあまり小さくする
と受光素子８ａおよび８ｂで検出される信号から求めら
れるコントラスト値の差が小さくなり、精度の高い焦点
位置検出精度を維持することが困難になる。

【００１６】逆にこのδ／εを大きくした場合、焦点位
置検出精度は高くなるが、δ／εを大きくするためには
アレイ間ピッチｄｙあるいは受光素子８の傾斜角θを大
きくする必要がある。アレイ間ピッチｄｙを大きくしす
ぎた場合、ＣＣＤアレイ８ａおよび８ｂのそれぞれが対
物レンズ１を通して睨む視野が離れすぎてしまい、被写
体のまったく異なる部分からの光がそれぞれのＣＣＤア
レイ８ａあるいは８ｂ上に形成されることになる。した
がって被写体が十分に大きいか、あるいは一様な繰り返
しパターンを有するものでない限り、コントラスト値の
比較による焦点位置検出が困難となる。また、受光素子
８の傾斜角θを大きくしすぎた場合には受光素子８への
入射光量が減少して低照度時の焦点検出精度が低下す
る。したがって、このδ／εは以下のような条件とする
ことが望ましい。

【数３】（δ／ε）≦３０

【００１７】−第２の実施の形態− 図４〜図６を参照して第２の実施の形態に係る焦点位置
検出装置について説明する。図４は第２の実施の形態に
係る焦点位置検出装置を顕微鏡用として応用したものの
構成を示す概略図であり、図５は図４の焦点位置検出装
置の要部を示す斜視図、図６はセンサホルダ８１および
受光素子８０の上面図である。なお、第１の実施の形態
に係る焦点位置検出装置を示す図１および図２と同様の
部分には同じ番号を付し、その説明を省略する。

【００１８】図４において、第２の実施の形態に係る焦
点位置検出装置は、回転軸１００ａを中心として回転可
能なリボルバ１００に予め取り付けられた複数の対物レ
ンズ１１および１２などの中から選択された対物レンズ
の焦点深度に応じて受光素子８０の傾斜角を変え、受光
素子８０からの信号をもとに最適のコントラスト差検出
精度が得られるようにする。そして検出されたコントラ
スト差をもとに対物レンズの焦点ずれ方向を求め、ステ
ージ３２０を昇降させて焦点調節をするものである。

【００１９】図４に示す焦点位置検出装置について詳し
く説明すると、リボルバ１００には上述のように複数の
対物レンズが取付け可能であり、選択された対物レンズ
に対応した信号がリボルバ１００に取り付けられたエン
コーダ１０５を介して制御回路９０に送られる。

【００２０】制御回路９０は選択された対物レンズ（図
４の例においては対物レンズ１１が選択された状態にな
っている）に応じた焦点深度に基づき、ドライバ２００
を介してステッピングモータ２１０を駆動し、受光素子
８０の傾斜角度θを設定する。

【００２１】ここで図５を参照して受光素子８０の傾斜
角度θを設定する機構について説明すると、ステッピン
グモータ２１０の回転軸には偏心カム２３０と、偏心カ
ム２３０の原点位置信号を発生するためのエンコーダ板
２２５とが取り付けられている。偏心カム２３０のカム
面２３０ａは、回動軸８２を中心として揺動可能に設け
られたセンサホルダ８１の一端で当接しており、センサ
ホルダ８１の他端には付勢ばね８５がセンサホルダ８１
を図５のＡ視で反時計方向に付勢している。以上のよう
な構成により、ステッピングモータ２１０の軸の回転角
度によって偏心カム２３０とセンサホルダ８１との当接
位置関係が変わり、受光素子８０の傾斜角度が設定され
る。

【００２２】受光素子８０は、図６に示すように２つの
ＣＣＤアレイ８０ａおよび８０ｂで構成されている。ま
た、受光素子８０は、受光素子８０の中心線と回動軸８
２の軸心とが一致するようにセンサホルダ８１に載置さ
れている。ＣＣＤアレイ８０ａおよび８０ｂは回動軸８
２の軸心に対してそれぞれｄｙ／２のピッチで配設され
ている。さらに、回動軸８２の軸心と受光素子８０の受
光面との位置関係は、受光素子８０の傾斜角度θが０゜
のとき、予定焦点面４と一致するように構成されてい
る。これにより受光素子８０が傾斜したときにＣＣＤア
レイ８０ａあるいは８０ｂと予定焦点面４とのずれ量δ
／２は常に互いに等しくなる。ＣＣＤアレイ８０ａおよ
び８０ｂからの信号はフレキシブルプリント基板（ＦＰ
Ｃ）８６を経て図４で示す制御回路９０に導かれる。

【００２３】図４に戻って第２の実施の形態に係る焦点
位置検出装置について説明を続ける。制御回路９０は所
定の傾斜角度θで傾けられた受光素子８０のＣＣＤアレ
イ８０ａおよび８０ｂで検出される信号から求められる
コントラスト値の比較結果をもとに、第１の実施の形態
で説明した方法で前ピン、合焦、後ピンの判定をする。
そしてこの判定結果に基づき、ドライバ３００を経てス
テージ駆動モータ３１０を駆動し、ステージ３２０を上
下させて焦点調節を行う。

【００２４】以上、第１および第２の実施の形態ではア
レイ間ピッチｄｙで平行に配列された２列のＣＣＤアレ
イを用い、これら２列のＣＣＤアレイで検出された信号
からコントラスト値を求めて比較する例について説明し
た。しかし、このように２列のＣＣＤアレイで検出され
る信号から求められるコントラスト値が等しいときに合
焦したと判定する場合、次に述べるような問題を生ずる
ときがある。すなわち、この例について図１を参照して
説明すると、像５が予定焦点面４から大きく離れたとこ
ろに結像していた場合、ＣＣＤアレイ８ａおよび８ｂで
検出される信号から求められるコントラスト値は両方と
も大きく低下し、ほぼ等しいコントラスト値となってし
まう。このような場合、対物レンズを光軸方向に振って
みて、コントラスト値を再度比較し、このコントラスト
値の大小関係の変化から本当の合焦状態にあったのか、
あるいは偽合焦状態にあったのかを判断せねばならず、
焦点調節動作の迅速性を欠くことになる。

【００２５】これに対して第３のＣＣＤアレイを２列の
ＣＣＤアレイの中間に設けることにより、上述した問題
点を解決することができる。すなわち、図６に示すよう
にＣＣＤアレイ８０ａおよび８０ｂの受光面を、予定焦
点面４に対して前後にそれぞれδ／２ずつずらした位置
に配置するのに加えて第３のＣＣＤアレイ８０ｃを、図
６に破線で示すようにＣＣＤアレイ８０ａおよび８０ｂ
の中間位置、すなわち受光素子８０を傾斜させる際の軸
位置に配置する。これにより、第３のＣＣＤアレイ８０
ｃは受光素子８の傾斜角度θによらず常に予定焦点面上
に位置する。以下にＣＣＤアレイ８０ａおよび８０ｂに
加えて第３のＣＣＤアレイ８０ｃを用いたときの焦点位
置検出動作について図７を参照して説明する。

【００２６】図７は対物レンズ１の光軸方向位置の変化
に対して、３つのＣＣＤアレイで検出される信号から求
められるコントラスト値の変化を示すグラフであり、
ａ、ｂ、ｃで示される曲線がＣＣＤアレイ８０ａ、８０
ｂ、そして第３のＣＣＤアレイ８０ｃで検出される信号
から求められるコントラスト値の変化をそれぞれ示して
いる。図７に示すグラフにおいて、対物レンズ１が合焦
位置にあるときに第３のＣＣＤアレイ８０ｃで検出され
る信号から求められるコントラスト値がピーク値ｐを示
す一方、予定焦点面４からそれぞれδ／２ずれた位置に
あるＣＣＤアレイ８０ａおよび８０ｂで検出される信号
で求められるコントラスト値は互いに等しくｉとなる。

【００２７】つまり、ＣＣＤアレイ８０ａおよび８０ｂ
で検出される信号から求められるコントラスト値ｉが等
しく、第３のＣＣＤアレイ８０ｃで検出される信号から
求められるコントラスト値がｉよりも大きな値となれば
合焦状態であると判定することができる。逆に、３つの
ＣＣＤアレイで検出される信号から求められたコントラ
スト値に大きな差がなく、比較的低い値であった場合に
は偽合焦状態であると判定することができる。このとき
には対物レンズ１を所定量動かした上で再度コントラス
ト値を求めればよい。

【００２８】また、以上で説明したような、平行に配列
された複数列のＣＣＤアレイを用いるのに代えて１列の
ＣＣＤアレイを縦に分割して受光し、コントラスト差を
検出するものであってもよい。この例について図８を参
照して説明する。

【００２９】図８は１列のＣＣＤアレイで構成される受
光素子８００が図１あるいは図４に示される焦点位置検
出装置の予定焦点面４に角度θ傾けて配設されている様
子を示す拡大図である。その他の構成については図１あ
るいは図４に示すものと同様であり、その説明を省略す
る。

【００３０】図８の受光素子８００において、１本のＣ
ＣＤアレイは受光素子８００の傾斜方向に沿う向きに配
列されている。そしてこのＣＣＤアレイは８００Ａ、８
００Ｂ、８００Ｃで示す領域に分割され、それぞれの分
割領域内での素子長は等しくなるようにして用いられ
る。そして、それぞれの分割領域で検出される信号から
コントラスト値を求めて比較することにより焦点ずれの
方向が判別される。図８においては分割領域をオーバー
ラップさせて用いているが、これに代えて１本のＣＣＤ
アレイを３等分してオーバーラップさせずに分割領域を
設けてもよいし、また分割数については２あるいは３に
限らず、任意の数に設定可能である。さらに、１本のＣ
ＣＤアレイを分割して用いる代わりに縦列に並べられた
複数のＣＣＤアレイを用いるものであってもよい。

【００３１】なお、上述のように１本のＣＣＤアレイあ
るいは縦列に並べられた複数のＣＣＤアレイを傾斜させ
て用いた場合、図１に示す対物レンズ１などによって結
ばれる像５は、厳密にはＣＣＤアレイ上のある１画素で
のみ先鋭なものとなり、この画素から離れるにつれて徐
々にぼけてゆき、これにともなって求められるコントラ
スト値も低下する。

【００３２】この様子について図９を参照して説明す
る。図９は予定焦点面４と像５とが一致する状態におい
て、受光素子８００の各画素に形成される像の焦点位置
ずれ量（デフォーカス量）を表したグラフである。図９
において、分割領域８００Ｃの中点ｒでは予定焦点面４
と一致しているのでデフォーカス量は０となる。一方、
分割領域８００Ｃの一方の端点ｑでは＋δ／４、他方の
端点ｓでは−δ／４のデフォーカス量となる。同様に分
割領域８００Ａでは一方の端点ｐから他方の端点ｒに向
けてデフォーカス量が＋δ／２から０に変化し、分割領
域８００Ｂでは一方の端点ｒから他方の端点ｔに向けて
０から−δ／２に変化する。そして、これらの分割領域
における各画素ごとのデフォーカス量の積算値を考えた
場合、分割領域８００Ａおよび８００Ｂにおける積算値
が等しくなる一方で分割領域８００Ｃにおける積算値が
分割領域８００Ａおよび８００Ｂにおける積算値よりも
小さくなる。

【００３３】そして、所定の分割領域におけるデフォー
カス量の積算値が小さくなるほどその分割領域から求め
られるコントラスト値は高くなるので、図９で示す例に
おいては分割領域８００Ｃで検出される信号から求めら
れるコントラスト値が分割領域８００Ａおよび８００Ｂ
で検出される信号から求められるコントラスト値よりも
大きくなり、かつ分割領域８００Ａ、８００Ｂのコント
ラスト値が等しくなるので、像５が予定焦点面４と一致
している状態、すなわち合焦状態にあることを判定する
ことができる。

【００３４】なお、以上の実施の形態の説明において、
光電検出手段としてＣＣＤを用いた例について説明した
が、これはシリコンフォトダイオード（ＳＰＤ）などを
用いたものでもよく、また１次元に配列されたＣＣＤア
レイに限らず、２次元に配列された受光素子を用いても
よい。

【００３５】１次元に配列された受光素子を用いる場合
は、受光素子アレイの配列方向に広がる像のコントラス
ト成分のみから焦点位置検出を行うため、特定の方向に
のみコントラストを有する像に対しては焦点位置検出を
行えない場合があるが、２次元に配列された受光素子を
用いて２次元方向のコントラスト値を検出することによ
りこれを回避することができる。

【００３６】また、１次元の受光素子アレイを互いに異
なる方向に配列して、２次元のエリアをカバーすること
により、２次元に配列された受光素子と同等の効果を得
ることができる。これについて例えば図１０を参照して
説明すると、受光素子８５０は図５に示すようなセンサ
ホルダ８１に載置して用いられる。そして、この受光素
子８５０は、略Ｈ形に配置された３本のＣＣＤアレイ８
５０ａ、８５０ｂ、および８５０ｃで構成される。この
ような略Ｈ型の配置とすることにより、コントラスト検
出可能な方向に応じてＣＣＤアレイ８５０ａおよび８５
０ｂを用いるか、あるいはＣＣＤアレイ８５０ｃを用い
るかについて選択可能となり、焦点位置検出能力が増
す。

【００３７】以上の発明の実施の形態と請求項との対応
において、対物レンズ１、１１および１２が対物光学系
を、受光素子８、８０、８００および８５０が光電検出
手段を、偏心カム２３０が可変傾斜手段をそれぞれ構成
する。

【００３８】

【発明の効果】

（１） 請求項１に記載の発明によれば、従来の技術に
係る焦点位置検出装置で必要とされていた再結像光学系
やビームスプリッタが不要となり、低コストで小型化に
適し、温度変化等による精度の狂いの少ない焦点位置検
出装置を提供することができる。 （２） 請求項２に記載の発明によれば、予定焦点面を
はさみ、この予定焦点面に対して等距離の位置に設けた
受光領域に加え、予定焦点面上に設けた受光領域で検出
される信号をもとに焦点位置を検出するので、より確実
な焦点位置検出を行うことができる。 （３） 請求項３に記載の焦点位置検出装置によれば、
使用する対物レンズの焦点深度に応じた焦点位置検出精
度を設定できるので、より正確な焦点位置検出が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態に係る焦点位置検出装置の
全体を示す概念図。

【図２】 第１の実施の形態に係る焦点位置検出装置の
要部を示す概念図であり、（ａ）は合焦状態を、（ｂ）
は後ピン状態を、（ｃ）は前ピン状態を示す。

【図３】 第１の実施の形態に係る焦点位置検出装置に
用いられる受光素子８の構成を示す図である。

【図４】 第２の実施の形態に係る焦点位置検出装置の
全体を示す概念図。

【図５】 第２の実施の形態に係る焦点位置検出装置の
要部を示す斜視図。

【図６】 第２の実施の形態に係る焦点位置検出装置の
要部を示す上面図。

【図７】 焦点位置ずれとコントラストの変化との関係
を示す図。

【図８】 本発明の実施の形態で用いられる受光素子の
別の例を示す図。

【図９】 図８に示す受光素子で生ずる焦点位置ずれ量
の変化を示す図。

【図１０】 本発明の実施の形態で使用可能な受光素子
の配列に関する別の例を示す図。

【図１１】 従来の技術に係る焦点位置検出装置を示す
概念図。

【符号の説明】

１ 対物レンズ ２ 結像面 ４ 予定焦点面 ５ 像 ８、８０、８００、８５０ 受光素子 ８ａ、８ｂ、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ ＣＣＤアレイ ８Ｓ、８０Ｓ 受光素子の表面 ９、９０ 制御回路 ８１ センサホルダ ２１０ ステッピングモータ ２３０ 偏心カム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体からの光を集光して所定像面に像を形
   成する対物光学系と、 前記所定像面の光学的共役位置にある予定焦点面の近傍
   に配され、前記対物光学系により形成された像を検出す
   るための光電検出手段とを具備し、前記光電検出手段の
   所定面を前記予定焦点面と交差するように所定角度傾斜
   して配設し、前記予定焦点面と前記所定面との交線に関
   して互いに対称の位置に配設された前記所定面上の複数
   の受光領域で検出された信号に基づき、前記予定焦点面
   と前記対物光学系の結像位置との位置ずれを検出するこ
   とを特徴とする焦点位置検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の焦点位置検出装置にお
   いて、 前記予定焦点面と前記所定面との交線に関して互いに対
   称の位置にある前記所定面上の複数の受光領域で検出さ
   れた信号に加え、前記予定焦点面と前記所定面との交線
   近傍の受光領域で検出された信号に基づき、前記予定焦
   点面と前記対物光学系の結像位置との位置ずれを検出す
   ることを特徴とする焦点位置検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１〜２のいずれかに記載の焦点位
   置検出装置において、 前記予定焦点面に対する前記所定面の傾き角度を、前記
   対物光学系の焦点深度に応じて可変に設定可能な可変傾
   斜手段をさらに有することを特徴とする焦点位置検出装
   置。